FERMENTÁCIÓS RENDSZEREK LEVEGŐELLÁTÁSA BIM2 2002 FERMENTÁCIÓS RENDSZEREK LEVEGŐELLÁTÁSA Az oxigén szerepe , légzés, oxigén igény A levegőztetés művelete ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK Léptéknövelés Aerob bioreaktorok
FERMENTÁCIÓS RENDSZEREK LEVEGŐELLÁTÁSA BIM2 2002 FERMENTÁCIÓS RENDSZEREK LEVEGŐELLÁTÁSA Az oxigén szerepe , légzés RESPIRÁCIÓNAK nevezzük azokat az energiatermelés céljából végbemenõ anyagcsere folyamatokat, amelyekben valamely szerves vagy szervetlen vegyületet az organizmus szervetlen vegyület segítségével oxidál. Ha az oxidáló ágens nem oxigén, e folyamatokat ANAEROB RESPIRÁCIÓNAK nevezzük, ha viszont oxigén, akkor AEROB RESPIRÁCIÓRÓL ( LÉGZÉS-ről) beszélünk
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 Energiaforrás Oxidáns Respiráció Példa (redukáló=oxi- (terminális elekt- termékei dálódó vegyület) ron akceptor) H2 O2 H2O Hidrogén baktériumok *H2 SO42- H2O+S2- Desulfovibrio NH3 O2 NO2- + H2O Nitrifikáló baktériumok NO2- O2 NO3-+H2O Nitrifikáló baktériumok *Szerves ve- NO3- N2+CO2 Denitrifikáló baktérium gyület Fe2+ O2 Fe3+ Ferrobacillus S2- O2 SO2 + H2O Thiobacillus Szerves vegyület O2 CO2+H2O A legtöbb mikroorganizmus, növényi és állati szervezet
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 !
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 glükóz ( 6 C-atom) ATP ADP G-6-P F-6-P ADP ATP F-1,6-diP Gliceraldehid-P (3C-atom) 2H 1,3-diP-glicerát ATP ADP 3-P-glicerát 2-P-glicerát ATP ADP PEP Pyr 2H CO 2 Ac-CoA Oxálacetát citrát 2H NAD Malát Cis-akonitát Fumarát CO 2H 2H 2 CO i-citrát 2 Szukcinát a- 2H keto-glutarát koenzimQ 2*3 CO + 6*2H = C H O 2 6 12 6
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 Az oxigén szerepe , légzés
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 !
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 Saccharomyces cerevisiae glükóz C-energia forráson levegő jelenléte nélkül is növekedni képes (alkoholos erjedés közben). Ezt az anaerob anyagcserét különböztessük meg az anaerob respirációtól! KIVÉTELEK: 1. Vannak olyan biokémiai folyamatok, amelyek során direkt oxigénbeépülés történik, pl.: dioxigenáz
MIKROORGANIZMUSOK OXIGÉN IGÉNYE Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 2. Funkcionálnak olyan alternatív légzési láncok, amelyekben nem képződik ATP. Aspergillus niger citromsav fermentáció MIKROORGANIZMUSOK OXIGÉN IGÉNYE
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 Az oxigén is lehet limitáló szubsztrát A mikrobák oxigénigényét két módon lehet megadni: 1. légzési sebesség = mmol O2/ dm3.h, kg O2/ m3 .h 2. fajlagos légzési sebesség h-1
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002
KRITIKUS OXIGÉN KONCENTRÁCIÓ Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 elsőrendű kinetika Q max = m /Y O nulladrendű K O2 C kr Az oxigén nem limitál KRITIKUS OXIGÉN KONCENTRÁCIÓ 0,1-1 mg/dm3
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 max - Fajlagos növekedési sebesség Yo - eredő oxigén hozam mO - az oxigénre vonatkozó fajlagos fenntartási koefficiens gO2/g sejt.h -maximális oxigénre vonatkozó hozam Qmax - maximális fajlagos oxigén igény vagy fajlagos légzési sebesség KO2 - oxigénre vonatkozó telítési állandó Ckr - kritikus oxigén koncentráció.
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 MIKROBA tenyésztési mód C-forrás Yo C-mol/mol O2 mO molO2/C-mol.h Methylococcus sp. Candida lipolitica folytonos 42oC szakaszos18oC 21 oC 27 oC 30 oC metanol n-alkán 0,39 0,71 0,70 0,69 0,08 0,03 0,06 0,11 0,14 Candida utilis E.coli Penicillium chrysogenum Klebsiella aerogenes folytonos 30oC szakaszos20oC folytonos 37oC folytonos 25oC etanol glicerin ecetsav glükóz 1,04 1,92 1,20 2,04 1,64 1,79 0,01 0,003 0,31 0,02
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 MIKROBA Szubsztrát YO g.g-1 Aerobacter aerogenes Candida utilis Pseudomonas fluorescens Methylomonas sp. Saccharomyces cerevisiae Penicillium chrysogenum maltóz fruktóz glükóz acetát etanol metanol 1,5 1,46 1,11 1,32 0,70 0,42 0,53 0,97 1,35
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 CKr Qmax M i k r o b a Hőfok mmol/dm3 mg/dm3 mmol/g.h Aspergillus oryzae 30 0,02 0,64 - E.coli 37 0,008 0,256 5-8 Penicillium 24 0,022 0,704 20-30 chrysogenum Saccharomyces 30 0,004 0,128 10-15 cerevisiae
Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 Az oxigén szerepe , légzés
U T Á N P Ó T L Á S LEVEGŐZTETÉS Az oxigén szerepe , légzés BIM2 2002 Glükóz Oxigén Koncentráció a fermentlében 1% 104 mg/dm3 7 mg/dm3 Kritikus koncentráció 50 mg/dm3 0,7 mg/dm3 Fajlagos felhasználási sebesség 580 mg/g.h 208 mg/g.h U T Á N P Ó T L Á S LEVEGŐZTETÉS